(57)【要約】      （修正有）【課題】光抽出効率が向上した発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供する。【解決手段】発光素子１００は、基板１０５、前記基板１０５上にある第１導電型半導体層１１２と、前記第１導電型半導体層上にある活性層１１４と、前記活性層１１４上にある第２導電型半導体層１１６と、前記第１導電型半導体層１１２上にある第１電極１３１と、前記第２導電型半導体層１１６上にある第２電極１３２と、前記基板１０５の上面に備えられる第１光抽出パターンＰと、前記基板１０５の側面に備えられる第２光抽出パターン１５０とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上にある第１導電型半導体層と、
前記第１導電型半導体層上にある活性層と、
前記活性層上にある第２導電型半導体層と、
前記第１導電型半導体層上にある第１電極と、
前記第２導電型半導体層上にある第２電極と、
前記基板の上面に備えられる第１光抽出パターンと、
前記基板の側面に備えられる第２光抽出パターンと、
を含む発光素子。
【請求項２】
前記第１光抽出パターンは前記基板の物質と同じ物質を含み、前記第２光抽出パターンは前記基板の物質と異なる物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記第２光抽出パターンの屈折率は前記基板の屈折率より大きいことを特徴とする請求項１乃至2のうち、いずれか１項 に記載の発光素子。
【請求項４】
前記第２光抽出パターンはシリコン物質を含むことを特徴とする請求項１乃至3のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
【請求項５】
前記第２光抽出パターンは透光性物質から形成されることを特徴とする請求項１乃至4のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
【請求項６】
前記第２光抽出パターンは第１パターンと第２パターンを含み、前記第１パターンと前記第２パターンの大きさはそれぞれ異なることを特徴とする請求項１乃至5のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
【請求項７】
前記第１パターンは前記第２パターンより寸法が大きく、前記第１パターンは前記第２パターンより前記活性層に近く配置されることを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
【請求項８】
第２前記光抽出パターンは、少なくとも第４パターンと第５パターンを含み、前記第４パターンと前記第５パターンの形状がそれぞれ異なることを特徴とする請求項１乃至5のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
【請求項９】
前記第４パターンは三角形形状を含み、前記第５パターンは半円形状を含むことを特徴とする請求項８に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記第２光抽出パターンは、前記基板の底面に平行するようにライン形態に配置されることを特徴とする請求項１乃至9のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記第２光抽出パターンの大きさは、前記基板の垂直厚さの１/１０ないし１/５であることを特徴とする請求項１乃至１０のうち、いずれか1項に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記第１導電型半導体層の側面に形成される第３光抽出パターンをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至11のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１３】
前記第３光抽出パターンは前記第２光抽出パターンと同じ物質から形成されたことを特徴とする請求項１２に記載の発光素子。
【請求項１４】
前記基板の底面に形成される第４光抽出パターンをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至3のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１５】
前記第４光抽出パターンは、前記基板の物質と異なる物質から形成されることを特徴とする請求項１４に記載の発光素子。
【請求項１６】
前記第４光抽出パターンは、前記第２光抽出パターンの物質と同じ物質から形成されることを特徴とする請求項14に記載の発光素子。
【請求項１７】
前記第２光抽出パターンは複数のパターンを含み、前記複数のパターンは相互同一な大きさと形状を有することを特徴とする請求項１乃至16のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１８】
前記第１導電型半導体層の側面に形成される第３光抽出パターンをさらに含み、
前記第３光抽出パターンは前記第２光抽出パターンと異なる物質から形成されたことを特徴とする請求項１乃至11のうち、いずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１９】
前記第３光抽出パターンは、前記第１導電型半導体層の側面がエッチングされて形成されることを特徴とする請求項１８に記載の発光素子。
【請求項２０】
前記基板の底面に形成される第４光抽出パターンをさらに含み、
前記第４光抽出パターンは前記基板の物質と同じ物質を含むことを特徴とする請求項１乃至13のうち、いずれか１項記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子(Light Emitting Device)は、電気エネルギーが光エネルギーに変換される特性の素子として、例えば化合物半導体の組成比を調節することで多様な色の実現が可能である。
【０００３】
発光素子は、順方向の電圧を印加した時、ｎ層の電子とｐ層の正孔が結合して伝導帯(Conduction band)と価電子帯(Valance band)のエネルギーギャップに該当する分のエネルギーを発散するが、このエネルギーは、主に熱や光の形態に放出され、光の形態に発散されるのが発光素子となる。
【０００４】
例えば、窒化物半導体は、高い熱的安定性と幅広いバンドギャップエネルギーを有することから、光素子および高出力電子素子の開発分野で注目されている。特に、窒化物半導体を利用した青色発光素子、緑色発光素子、紫外線発光素子などは、商用化されて広く使われている。
【０００５】
従来技術による水平型(Lateral)LEDは、パターン化されたサファイア基板上にGaＮエピ層を成長させた後、メサ構造によりそれぞれｐ電極、ｎ電極を形成する。
【０００６】
従来技術による水平型発光素子から発光する光の分布は、GaＮ上面から放出される光が約３０％で、サファイア基板の下から放出される光が約７０％として、ほとんどの光が基板底面から特定の角で放出されることになる。
【０００７】
これは、サファイア基板と空気の間の屈折率の差による全反射が発生して生じる現象として、PSS(Patterned Sapphire Substrate)が存在しても、臨界角を外れた多くの光は抜け出られないことを意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、光抽出効率が向上した発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の発光素子は、基板と、前記基板上にある発光構造物と、前記発光構造物上に形成された電極と、前記基板の側面に備えられる光抽出パターンとを含み、前記光抽出パターンは前記基板の物質と異なる物質を含むことができる。
【００１０】
本発明の発光素子は、基板１０５、前記基板１０５上にある第１導電型半導体層１２と、前記第１導電型半導体層上にある活性層１１４と、前記活性層１１４上にある第２導電型半導体層１６と、前記第１導電型半導体層１１２上にある第１電極１３１と、前記第２導電型半導体層１１６上にある第２電極１３２と、前記基板１０５の上面に備えられる第１光抽出パターンＰと、前記基板１０５の側面に備えられる第２光抽出パターン１５０とを含むことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムによれば、光抽出効率が向上される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施例に係る発光素子の断面図である。
【図２】第２実施例に係る発光素子の断面図である。
【図３】第３実施例に係る発光素子の断面図である。
【図４】第４実施例に係る発光素子の断面図である。
【図５】第５実施例に係る発光素子の断面図である。
【図６Ａ】従来技術における光の経路の例示写真である。
【図６Ｂ】実施例に係る発光素子における光の経路の例示写真である。
【図７Ａ】従来技術における配光分布の例示図である。
【図７Ｂ】実施例に係る発光素子における配光分布の例示図である。
【図８Ａ】従来技術における基板側面の近接光分布の例示図である。
【図８Ｂ】実施例に係る発光素子における基板側面の近接光分布の例示図である。
【図９】実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図である。
【図１０】実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図である。
【図１１】実施例に係る発光素子の製造方法の工程断面図である。
【図１２】実施例に係る発光素子パッケージの断面図である。
【図１３】実施例による照明素子を有する照明装置の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムを、添付された図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、第１実施例に係る発光素子１００の断面図である。
【００１５】
実施例に係る発光素子１００は、基板１０５と、前記基板１０５上にある発光構造物１１０と、前記発光構造物１１０上に形成された電極および前記基板１０５の側面に備えられる第２光抽出パターン１５０とを含み、前記第２光抽出パターン１５０は前記基板１０５の物質と異なる物質を含むことができる。
【００１６】
前記発光構造物１１０は、前記基板１０５上にある第１導電型半導体層１１２と、前記第１導電型半導体層１１２上にある活性層１１４および前記活性層１１４上にある第２導電型半導体層１１６を含むことができる。前記電極は、前記第２導電型半導体層１１６と前記活性層１１４の一部が除去されて露出する第１導電型半導体層１１２上に第１電極１３１を含み、前記第２導電型半導体層１１６上に第２電極１３２を含むことができる。
【００１７】
実施例で、前記第２光抽出パターン１５０の屈折率は前記基板１０５の屈折率より大きいので、全反射を防止して光抽出効率を増大させることができる。例えば、前記第２光抽出パターン１５０はシリコン物質などから形成されるが、これに限定されるものではない。
【００１８】
また、前記第２光抽出パターン１５０は透光性物質から形成され、光を反射させることよりも、透過して外部に放出させることができる物質から形成される。
【００１９】
また、実施例で、前記第２光抽出パターン１５０の大きさは、前記基板１０５の垂直厚さの約１/１０ないし約１/５であるので、発光された光を効果的に外部に抽出することができる。例えば、前記基板１０５の垂直厚さが約１００μｍである場合、前記第２光抽出パターン１５０の大きさは約１０μｍないし約２０μｍであるが、これに限定されるものではない。
【００２０】
また、実施例で、前記第２光抽出パターン１５０は、前記基板１０５の底面に平行するようにライン形態に配置される場合、光の側面方向の乱反射を増加させることで、側面光抽出効率が増大する。
【００２１】
前記第２光抽出パターン１５０は、前記基板１０５または発光構造物１１０の側面に熱処理、接着物質を利用、または圧着などの方法で付着できるが、これに限定されるものではない。
【００２２】
図２は第２実施例に係る発光素子(１０２)の断面図である。第２実施例は第１実施例の技術的特徴を採用することができる。
第２実施例で、第２光抽出パターン１５０は、第１パターン１５１、第２パターン１５２、第３パターン１５３を含み、前記第１パターン１５１、前記第２パターン１５２および前記第３パターン１５３の大きさはそれぞれ異なるようにすることができる。
【００２３】
例えば、前記第１パターン１５１は前記第２パターン１５２より寸法が大きく、前記第１パターン１５１は前記第２パターン１５２より前記活性層１１４に近く配置される。これにより、光抽出パターンが多様な大きさを有することで多様な周期や高さを有することになり、乱反射される光に対して適切な光抽出構造を提供し、光抽出効率を向上させることができる。
【００２４】
一方、第２パターン１５２、第３パターン１５３が第１パターン１５１より緻密に形成されることで、活性層１１４から相対的に遠方に位置した領域でも光出力を高めることができる。
【００２５】
実施例によれば、第２光抽出パターン１５０の形態を多様に制御することで、光抽出効率を増大させることができる。
【００２６】
図３は、第３実施例に係る発光素子１０３の断面図である。第３実施例は第１実施例、第２実施例の技術的特徴を採用することができる。
【００２７】
第３実施例で、前記第２光抽出パターン１５０は第４パターン１５４と第５パターン１５５を含み、前記第４パターン１５４と前記第５パターン１５５の形状がそれぞれ異なるように形成されることで、光抽出効率に寄与することができる。
【００２８】
例えば、前記第４パターン１５４は三角形形状を含み、前記第５パターン１５５は半円形状を含むことで、光抽出構造に対して多様な周期、多様な高さを提供し、最適な光抽出条件を提供することができる。
【００２９】
図４は、第４実施例に係る発光素子１０４の断面図である。第４実施例は、第１実施例、第２実施例および第３実施例の技術的特徴を採用することができる。
【００３０】
第４実施例に係る発光素子１０４は、前記発光構造物１１０の側面に形成される第３光抽出パターン１６０をさらに含むことができる。例えば、第４実施例は、前記第１導電型半導体層１１２の側面に形成される第３光抽出パターン１６０をさらに含むことで、光抽出効率を増大させることができる。
【００３１】
前記第３光抽出パターン１６０は、前記第２光抽出パターン１５０と同じ物質から形成することができる。例えば、前記第３光抽出パターン１６０はシリコン物質を含むことができるが、これに限定されるものではない。
【００３２】
また、前記第３光抽出パターン１６０は、前記第２光抽出パターン１５０と異なる物質からなることができる。例えば、前記第３光抽出パターン１６０は、前記第１導電型半導体層１１２の側面がエッチングされて形成される。
【００３３】
図５は、第５実施例に係る発光素子１０５の断面図である。第５実施例は、第１実施例ないし第４実施例の技術的特徴を採用することができる。
【００３４】
第５実施例は、前記基板１０５の底面に形成される第４光抽出パターン１７０をさらに含み、発光素子１０５がフリップチップ形態で実装される場合、基板１０５の底面(パッケージ上面)への光抽出効率の向上に寄与することができる。
【００３５】
前記第４光抽出パターン１７０は、前記基板１０５の物質と異なる物質からなることができる。例えば、前記第４光抽出パターン１７０は、前記第２光抽出パターン１５０の物質と同じ物質からなることができるが、これに限定されるものではない。
【００３６】
また、前記第４光抽出パターン１７０は、前記基板１０５の物質と同じ物質を含むことができる。例えば、前記第４光抽出パターン１７０は、前記基板１０５の底面がエッチングされて形成されるが、これに限定されるものではない。
【００３７】
図６Ａは従来技術における光の経路の例示写真であり、図６Ｂは実施例に係る発光素子における光の経路の例示写真である。
【００３８】
図６Ａのように、従来技術ではほとんどの光がサファイア基板の底面から放出される反面、実施例に係る発光素子のように、サファイア基板と異なる物質の第２光抽出パターン１５０が基板１０５の側面に形成される場合、サファイア基板１０５の側面からも多くの光が抽出されていることが分かる。
【００３９】
図７Ａは従来技術における配光分布の例示図で、図７Ｂは実施例に係る発光素子における配光分布の例示図である。図７Ａおよび図７Ｂで、Ｘは発光素子を第１軸を基準として配光分布を例示したものであり、Ｙは第１軸と垂直な第２軸を基準として配光分布を例示したものである。
【００４０】
また、図８Ａは従来技術における基板側面の近接光分布の例示図で、図８Ｂは実施例に係る発光素子における基板側面の近接光分布の例示図である。
【００４１】
図７及び図８から、実施例に係る発光素子でチップの光量が増加し、サファイア基板の横面からも多量の光が放出されていることが分かる。
【００４２】
また、シミュレーション結果では、パターニング前後の抽出効率がそれぞれ５８.５％と６７.８％の結果が出ており、これにより、実施例に係る発光素子を適用した場合、約１６％の光度向上を期待できる。
【００４３】
実施例に係る発光素子によれば、光抽出効率を向上させることができる。
【００４４】
以下、図９ないし図１１を参照して、実施例に係る発光素子の製造方法を説明する。
まず、図９のように基板１０５を準備する。前記基板１０５は伝導性基板または絶縁性基板を含み、例えば前記基板１０５はサファイア(Al２O３)、SiC、Si、GaAs、GaＮ、ZnO、GaP、InP、Ge、及びGa２０３中の少なくとも一つを用いることができる。前記基板１０５に対して湿式洗浄を行い表面の不純物を除去することができる。
【００４５】
前記基板１０５には第１光抽出パターンＰを形成でき、前記第１光抽出パターンＰは前記基板１０５と同じ物質から形成することができる。例えば、前記第１光抽出パターンＰは、前記基板１０５の上面に形成されたPSS(Patterned Sapphire Substrate)を含むことができるが、これに限定されるものではない。
【００４６】
次に、前記基板１０５上にバッファ層(図示しない)を形成することができる。前記バッファ層は、前記発光構造物１１０の材料と基板１０５との格子不整合を緩和させることができ、バッファ層の材料は３族-５族化合物半導体、例えば、GaＮ、InN、AlN、InGaＮ、AlGaＮ、InAlGaＮ、AlInN中の少なくとも一つからなることができる。
【００４７】
以後、前記バッファ層(図示しない)上に発光構造物１１０を形成する。前記発光構造物１１０は、第１導電型半導体層１１２、活性層１１４および第２導電型半導体層１１６を含むことができる。
【００４８】
前記第１導電型半導体層１１２は、第１導電型不純物がドーピングされた３族-５族化合物半導体からなることができ、前記第１導電型半導体層１１２がN型半導体層である場合、前記第１導電型不純物はN型不純物として、Si、Ge、Sn、Se、Teを含むことができるが、これに限定されない。
【００４９】
前記第１導電型半導体層１１２は、InxAlyGa１-x-yN(０≦x≦１、０≦y≦１、０≦x+y≦１)の組成式を有する半導体物質を含むことができる。例えば、前記第１導電型半導体層１１２は、GaＮ、InN、AlN、InGaＮ、AlGaＮ、InAlGaＮ、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP、InP中の一つ以上からなることができる。
【００５０】
前記第１導電型半導体層１１２は、化学蒸着法(CVD)或いは分子線エピタキシー法(MBE)或いはスパッタリング法或いはＨＶＰＥ法等の方法を用いてN型GaＮ層を形成することができる。また、前記第１導電型半導体層１１２は、チャンバーにトリメチルガリウムガス(TMGa)、アンモニアガス(NH３)、窒素ガス(N２)、およびシリコン(Si)のようなN型不純物を含むシランガス(SiH４)を注入して形成することができる。
【００５１】
実施例は、前記第１導電型半導体層１１２上に電流拡散層(図示しない)を形成することができる。前記電流拡散層は非ドープのGaＮ層からなることができるが、これに限定されるものではない。前記電流拡散層は５０nm〜２００nmの厚さを有することができるが、これに限定されるものではない。
【００５２】
また、実施例は、前記電流拡散層上に電子注入層(図示しない)を形成することができる。前記電子注入層は第１導電型GaＮ層からなることができる。例えば、前記電子注入層は、N型ドーピング元素が６.０×１０１８atoms/cm３〜８.０x１０１８atoms/cm３の濃度でドーピングされることで、効率的に電子を注入することができる。
【００５３】
また、実施例は、電子注入層上にストレーン制御層(図示しない)を形成することができる。例えば、電子注入層上にInyAlxGa(１-x-y)N(０≦x≦１、０≦y≦１)/GaＮなどから形成されたストレーン制御層を形成することができる。前記ストレーン制御層は、第１導電型半導体層１１２と活性層１１４との間の格子不整合による応力を効果的に緩和させることができる。
【００５４】
また、前記ストレーン制御層は、第１Inx１GaＮおよび第２Inx２GaＮなどの組成を有する少なくとも６周期で繰り返し積層されることで、より多くの電子が活性層１１４の低いエネルギー準位で集まることになり、結果的に電子と正孔の再結合確率が増加し、発光効率が向上される。以後、前記ストレーン制御層上に活性層１１４を形成する。
【００５５】
前記活性層１１４は、第１導電型半導体層１１２を介して注入される電子と、以後形成される第２導電型半導体層１１６を介して注入される正孔が会い、活性層(発光層)物質固有のエネルギーバンドによって決定されるエネルギーを有する光を放出する層である。
【００５６】
前記活性層１１４は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造(MQW：Multi Quantμｍ Well)、量子線(Quantμｍ-Wire)構造、または、量子点(Quantμｍ Dot)構造中の少なくともいずれか一つで形成することができる。例えば、前記活性層１１４は、トリメチルガリウムガス(TMGa)、アンモニアガス(NH３)、窒素ガス(N２)、およびトリメチルインジウムガス(TMIn)を注入されて多重量子井戸構造が形成されるが、これに限定されるものではない。
【００５７】
前記活性層１１４の井戸層/障壁層は、InGaＮ/GaＮ、InGaＮ/InGaＮ、GaＮ/AlGaＮ、InAlGaＮ/GaＮ、GaAs(InGaAs)/AlGaAs、GaP(InGaP)/AlGaP中のいずれか一つ以上のペア構造で形成することができるが、これに限定されるものではない。前記井戸層は、前記障壁層のバンドギャップより低いバンドギャップを有する物質から形成することができる。
【００５８】
実施例で、前記活性層１１４上には電子遮断層(図示しない)が形成されて電子遮断(electron blocking)および活性層のクラッディング(MQW cladding)の役割をすることで、発光効率を改善することができる。例えば、前記電子遮断層は、AlxInyGa(１-x-y)N(０≦x≦１、０≦y≦１)系の半導体から形成することができ、前記活性層１１４のエネルギーバンドギャップより高いエネルギーバンドギャップを有し、約１００Å〜約６００Åの厚さに形成できるが、これに限定されるものではない。
【００５９】
また、前記電子遮断層は、AlzGa(１-z)N/GaＮ(０≦z≦１)超格子からなることができるが、これに限定されるものではない。
【００６０】
前記電子遮断層は、P型にイオン注入されてオーバーフローされる電子を効率的に遮断し、正孔の注入効率を増大させることができる。例えば、前記電子遮断層は、Mgが約１０１８〜１０２０/cm３の濃度範囲にイオン注入されてオーバーフローされる電子を効率的に遮断し、正孔の注入効率を増大させることができる。
【００６１】
前記第２導電型半導体層１１６は、第２導電型不純物がドーピングされた３族-５族化合物半導体、例えば、InxAlyGa１-x-yN(０≦x≦１、０≦y≦１、０≦x+y≦１)の組成式を有する半導体物質を含むことができる。前記第２導電型半導体層１１６がP型半導体層である場合、前記第２導電型不純物はP型不純物として、Mg、Zn、Ca、Sr、Baなどを含むことができる。
【００６２】
前記第２導電型半導体層１１６は、チャンバーにトリメチルガリウムガス(TMGa)、アンモニアガス(NH３)、窒素ガス(N２)、およびマグネシウム(Mg)のようなP型不純物を含むビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム(EtCp２Mg){Mg(C２H５C５H４)２}が注入されてP型GaN層が形成されるが、これに限定されるものではない。
【００６３】
実施例で、前記第１導電型半導体層１１２はN型半導体層、前記第２導電型半導体層１１６はP型半導体層から実現することができるが、これに限定されるものではない。また、前記第２導電型半導体層１１６の上には、前記第２導電型と反対の極性を有する半導体、例えばN型半導体層(図示しない)を形成することができる。これにより、発光構造物１１０はN-P接合構造、P-N接合構造、N-P-N接合構造、P-N-P接合構造中のいずれか一つの構造から実現することができる。
【００６４】
次に、前記第２導電型半導体層上に透光性電極１２０を形成することができる。例えば、前記透光性電極１２０はキャリア注入を効率的にできるように、単一金属あるいは金属合金、金属酸化物などを多重積層して形成することができる。例えば、前記透光性電極１２０は、ITO(indium tin oxide)、IZO(indium zinc oxide)、IZTO(indium zinc tin oxide)、IAZO(indium aluminum zinc oxide)、IGZO(indium gallium zinc oxide)、IGTO(indium gallium tin oxide)、AZO(aluminum zinc oxide)、ATO(antimony tin oxide)、GZO(gallium zinc oxide)、IZON(IZO Nitride)、AGZO(Al-Ga ZnO)、IGZO(In-Ga ZnO)、ZnO、IrOx、RuOx、NiO、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au、およびNi/IrOx/Au/ITO、Ag、Ni、Cr、Ti、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hf中の少なくとも一つを含んで形成することができ、このような材料に限定されるものではない。
【００６５】
次に、前記透光性電極１２０、第２導電型半導体層１１６および活性層１１４の一部を除去して、第１導電型半導体層１１２を露出させる。
次に、図１０のように前記露出した第１導電型半導体層１１２および前記透光性電極１２０上に、第１電極１３１および第２電極１３２をそれぞれ形成することができる。
次に、図１１のように前記基板１０５の側面に第２光抽出パターン１５０を形成することができる。前記第２光抽出パターン１５０の形成工程は、第１電極１３１、第２電極１３２の形成工程の前に行うこともできる。
【００６６】
前記第２光抽出パターン１５０は、前記基板１０５または発光構造物１１０の側面に、熱処理、接着物質の利用、または圧着などの方法で付着することができるが、これに限定されるものではない。前記第２光抽出パターン１５０は、前記基板１０５の物質と異なる物質を含むことができる。
【００６７】
実施例で、前記第２光抽出パターン１５０の屈折率は前記基板１０５の屈折率より大きいので、全反射を防止して光抽出効率を増大させることができる。例えば、前記第２光抽出パターン１５０はシリコン物質などから形成されるが、これに限定されるものではない。
【００６８】
また、前記第２光抽出パターン１５０は透光性物質から形成され、光を反射させることよりは透過させて外部に放出させることができる物質から形成される。
【００６９】
また、前記第２光抽出パターン１５０は複数のパターンを含み、前記複数のパターンは相互同一な大きさと形状を有し、光抽出が均一になされるようにすることができる。
【００７０】
また、実施例で、前記第２光抽出パターン１５０の大きさは、前記基板１０５の垂直厚さの約１/１０ないし約１/５の大きさにすることで、発光された光を効果的に外部に抽出することができる。例えば、前記基板１０５の垂直厚さが約１００μｍである場合、前記第２光抽出パターン１５０の大きさは約１０μｍないし約２０μｍであるが、これに限定されるものではない。
【００７１】
また、実施例で、前記第２光抽出パターン１５０は、前記基板１０５の底面に平行するようにライン形態に配置される場合、光の側面方向の乱反射を増加させ、側面光抽出効率を増大させることができる。
【００７２】
第２実施例で、第２光抽出パターン１５０は図２のように、第１パターン１５１、第２パターン１５２、第３パターン１５３を含み、前記第１パターン１５１、前記第２パターン１５２および前記第３パターン１５３の大きさはそれぞれ異なるようにすることができる。実施例によれば、第２光抽出パターン１５０の形態を多様に制御することで、光抽出効率を増大させることができる。
【００７３】
また、第３実施例で、前記第２光抽出パターン１５０は、第４パターン１５４と第５パターン１５５を含み、前記第４パターン１５４と前記第５パターン１５５の形状がそれぞれ異なるように形成されることで、光抽出効率に寄与することができる。
【００７４】
第４実施例に係る発光素子１０４は、前記発光構造物１１０の側面に形成される第３光抽出パターン１６０をさらに含むことができる。例えば、第４実施例は、前記第１導電型半導体層１１２の側面に形成される第３光抽出パターン１６０をさらに含むことで、光抽出効率を増大させることができる。
【００７５】
前記第３光抽出パターン１６０は、前記第２光抽出パターン１５０と同じ物質から形成することができる。例えば、前記第３光抽出パターン１６０は、シリコン物質を含むことができるが、これに限定されるものではない。
【００７６】
また、前記第３光抽出パターン１６０は、前記第２光抽出パターン１５０と異なる物質からなることができる。例えば、前記第３光抽出パターン１６０は、前記第１導電型半導体層１１２の側面がエッチングされて形成される。
【００７７】
第５実施例は、前記基板１０５の底面に形成される第４光抽出パターン１７０をさらに含み、発光素子１０５がフリップチップ形態で実装される場合、基板１０５の底面(パッケージ上面)からの光抽出効率の向上に寄与することができる。
【００７８】
前記第４光抽出パターン１７０は、前記基板１０５の物質と異なる物質からなることができる。例えば、前記第４光抽出パターン１７０は、前記第２光抽出パターン１５０の物質と同じ物質からなることができるが、これに限定されるものではない。
【００７９】
また、前記第４光抽出パターン１７０は、前記基板１０５の物質と同じ物質を含むことができる。例えば、前記第４光抽出パターン１７０は、前記基板１０５の底面がエッチングされて形成されるが、これに限定されるものではない。
【００８０】
従来技術では、ほとんどの光がサファイア基板の底面から放出される反面、実施例に係る発光素子のようにサファイア基板と異なる物質の第２光抽出パターン１５０が基板１０５の側面に形成される場合、サファイア基板１０５の側面からも多くの光が抽出されることになる。
【００８１】
また、実施例に係る発光素子でチップの光量が増加し、サファイア基板の横面からも多量の光が放出されていることが分かる。
また、シミュレーション結果では、パターニング前後の抽出効率がそれぞれ５８.５％と６７.８％の結果が出ており、これにより実施例に係る発光素子を適用した場合、約１６％の光度向上を期待できる。実施例に係る発光素子によれば、光抽出効率を向上させることができる。
【００８２】
図１２は、実施例に係る発光素子が設置された発光素子パッケージを説明する図面である。
【００８３】
実施例に係る発光素子パッケージ２００は、パッケージ本体部２０５と、前記パッケージ本体部２０５に設置された第３電極層２１３および第４電極層２１４と、前記パッケージ本体部２０５に設置され、前記第３電極層２１３および第４電極層２１４と電気的に連結される発光素子１００と、前記発光素子１００を取囲むモールディング部材２３０が含まれる。
【００８４】
前記パッケージ本体部２０５は、シリコン材質、合成樹脂材質、または金属材質を含んでなることができ、前記発光素子１００の周囲に傾斜面を形成することができる。
【００８５】
前記第３電極層２１３および第４電極層２１４は相互電気的に分離され、前記発光素子１００に電源を提供する役割をする。また、前記第３電極層２１３および第４電極層２１４は、前記発光素子１００から発生した光を反射させて光効率を増加させる役割をすることができ、前記発光素子１００から発生した熱を外部に排出させる役割もすることができる。
【００８６】
前記発光素子１００は、図１ないし図５に例示された水平型の発光素子を適用することができるが、これに限定されるものではない。
【００８７】
前記発光素子１００は、前記パッケージ本体部２０５の上、あるいは前記第３電極層２１３または第４電極層２１４の上に設置することができる。
【００８８】
前記発光素子１００は、前記第３電極層２１３及び/又は第４電極層２１４とワイヤ方式、フリップチップ方式またはダイボンディング方式中のいずれか一つによって電気的に連結することができる。実施例では、前記発光素子１００が前記第３電極層２１３および前記第４電極層２１４とワイヤを介して連結されたものが例示されている。
【００８９】
前記モールディング部材２３０は、前記発光素子１００を取囲んで前記発光素子１００を保護することができる。また、前記モールディング部材２３０には蛍光体２３２が含まれ、前記発光素子１００から放出された光の波長を変化させることができる。
【００９０】
実施例に係る発光素子パッケージは、複数個が基板上にアレイされ、前記発光素子パッケージから放出される光の経路上に、光学部材である導光板、プリズムシート、拡散シート、蛍光シートなどを配置することができる。このような発光素子パッケージ、基板、光学部材は、バックライトユニット、または照明ユニットとして機能することができ、例えば照明システムは、バックライトユニット、照明ユニット、指示装置、ランプ、街灯を含むことができる。
【００９１】
図１３は、実施例に係る照明素子を有する照明装置の分解斜視図である。
【００９２】
実施例に係る照明装置は、カバー２１００、光源モジュール２２００、放熱体２４００、電源提供部２６００、内部ケース２７００、ソケット２８００を含むことができる。また、実施例に係る照明装置は、部材２３００とホルダー２５００中のいずれか一つ以上をさらに含むことができる。前記光源モジュール２２００は、実施例に係る発光素子または発光素子パッケージを含むことができる。
【００９３】
例えば、前記カバー２１００は中空のバルブ(bulb)または半球形状を有し、一部分が開口された形状有することができる。前記カバー２１００は前記光源モジュール２２００と光学的に結合され、前記放熱体２４００と結合されることができる。前記カバー２１００は、前記放熱体２４００と結合する結合部を有することができる。
【００９４】
前記カバー２１００の内面には、拡散剤を有する乳白色の塗料をコーティングすることができる。このような乳白色材料を利用して、前記光源モジュール２２００からの光を散乱および拡散させ、外部に放出させることができる。
【００９５】
前記カバー２１００の材質は、ガラス、プラスチック、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリカーボネート(PC)等から選択することができる。ここで、ポリカーボネートは耐光性、耐熱性および強度が優れている。前記カバー２１００は、外部から前記光源モジュール２２００が見えるように透明にすることができるが、不透明にすることもできる。前記カバー２１００はブロー成形によって形成することができる。
【００９６】
前記光源モジュール２２００は、前記放熱体２４００の一面に配置されることができる。よって、前記光源モジュール２２００からの熱は前記放熱体２４００に伝導される。前記光源モジュール２２００は発光素子２２１０、連結プレート２２３０、コネクタ２２５０を含むことができる。
【００９７】
前記部材２３００は、前記放熱体２４００の上面に配置され、複数の照明素子２２１０とコネクタ２２５０が挿入されるガイド溝２３１０を有する。前記ガイド溝２３１０は、前記照明素子２２１０の基板およびコネクタ２２５０と対応する。
【００９８】
前記部材２３００の表面は、白色塗料で塗布またはコーティングされたものからなることができる。このような前記部材２３００は、前記カバー２１００の内面に反射されて前記光源モジュール２２００の側方向に戻ってくる光を前記カバー２１００の方向に再反射させる。これにより、実施例に係る照明装置の光効率を向上させることができる。
【００９９】
前記部材２３００は、例えば絶縁物質からなることができる。前記光源モジュール２２００の連結プレート２２３０は、電気伝導性の物質を含むことができる。よって、前記放熱体２４００と前記連結プレート２２３０との間は電気的に接触される。前記部材２３００は、絶縁物質から構成され、前記連結プレート２２３０と前記放熱体２４００の電気的短絡を遮断することができる。前記放熱体２４００は、前記光源モジュール２２００と前記電源提供部２６００から伝達された熱を放熱する。
【０１００】
前記ホルダー２５００は、内部ケース２７００の絶縁部２７１０の収納ホーム２７１９を塞ぐことになる。よって、前記内部ケース２７００の前記絶縁部２７１０に収納される前記電源提供部２６００は密閉される。前記ホルダー２５００は、ガイド突出部２５１０を有する。前記ガイド突出部２５１０は、前記電源提供部２６００の突出部２６１０を貫通させるホールを有することができる。
【０１０１】
前記電源提供部２６００は、外部から提供された電気的信号を処理または変換して前記光源モジュール２２００に提供する。前記電源提供部２６００は、前記内部ケース２７００の収納ホーム２７１９に収納され、前記ホルダー２５００によって前記内部ケース２７００の内部に密閉される。
【０１０２】
前記電源提供部２６００は突出部２６１０、ガイド部２６３０、ベース２６５０、延長部２６７０を含むことができる。
【０１０３】
前記ガイド部２６３０は、前記ベース２６５０の一側から外部に突出した形状を有する。前記ガイド部２６３０は、前記ホルダー２５００に挿入される。前記ベース２６５０の一面上に多数の部品を配置することができる。多数の部品は、例えば、直流変換装置、前記光源モジュール２２００の駆動を制御する駆動チップ、前記光源モジュール２２００を保護するためのESD(ElectroStatic discharge)保護素子などを含むことができるが、これに限定されるものではない。
【０１０４】
前記延長部２６７０は、前記ベース２６５０の他の一側から外部に突出した形状を有する。前記延長部２６７０は、前記内部ケース２７００の連結部２７５０内部に挿入され、外部からの電気的信号が提供される。例えば、前記延長部２６７０は、前記内部ケース２７００の連結部２７５０の幅と同一または小さい幅を有することができる。前記延長部２６７０は、電線を介してソケット２８００と電気的に連結される。
【０１０５】
前記内部ケース２７００は内部に前記電源提供部２６００とともにモールディング部を含むことができる。モールディング部はモールディング液が固まった部分として、前記電源提供部２６００が前記内部ケース２７００の内部に固定されるようにする。
【０１０６】
実施例に係る発光素子、発光素子の製造方法、発光素子パッケージおよび照明システムによれば、光抽出効率を増大させることができる。
【０１０７】
以上の実施例で説明された特徴、構造、効果などは、一つの実施例に限定されるものではなく、他の実施例に対して組合または変形して実施可能なことは、当業者にとって自明である。また、このような組合と変形に係る内容も本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
【０１０８】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、これは単なる例示であり、本発明は以上の実施例に限定されるものではなく、本発明の本質的な特性の範囲内で多様な変形と応用が可能であることは、当業者にとって自明である。また、このような変形と応用に係る差異点も、本発明の請求の範囲で規定する実施例の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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